东半球空间环境地基综合监测子午链简介

“东半球空间环境地基综合监测子午链”（简称子午工程）是我国空间科学领域开工建设的第一个国家重大基础设施项目。子午工程利用沿东半球120°E子午线附近和北纬30°N附近的15个综合性观测台站,运用无线电、地磁、光学和探空火箭等多种探测手段,连续监测地球表面20—30km以上到几百公里的中高层大气、电离层和磁层,以及十几个地球半径以外的行星际的空间环境参数。它将为我国各类用户提供完整、连续、可靠的多学科、多层次的空间环境地基综合监测数据。子午工程总投资1．67亿元,建设期3年,子午工程整体科学寿命预计超过11年。     

火星电离层电子浓度昼夜变化特性研究

本文利用MAVEN卫星Langmuir Probe and Waves（LPW）仪器的在轨电子浓度探测数据,研究了火星电离层电子浓度随太阳天顶角（Solar Zenith Angle,SZA）的变化以及昼夜电子浓度变化的异同.基于2014年至2017年期间MAVEN的电子浓度数据,我们发现：在200 km以下,白天电离层电子浓度主要受光化学平衡控制,由于白天光电离过程使得昼夜电子浓度差异较大,此时电离层昼夜传输能影响到的最大范围约在SZA=110°;而在200 km以上,白天电离层受输运过程控制,此时昼夜电子浓度差别较小,电离层昼夜间电子浓度变化较为缓慢.通过研究MAVEN在deep-dip（低高度深入探测）期间的电子浓度数据,我们发现火星磁场会显著影响夜间200 km以下的电子浓度分布结构,强磁场中闭合磁力线对电子沉降过程的阻碍作用使得在夜间该区域的电子浓度小于相邻区域.同时,通过比较deep-dip期间昼夜电子浓度随高度的变化,发现夜间电子沉降作用的影响可能主要集中在160 km以下.     

应用经验正交函数估算顶部电离层电子密度剖面

本文基于IRI模型、地面数字测高仪和GNSS TEC数据,提出了一种利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,简称EOF)估算顶部电离层电子密度剖面的方法,并将其应用于美国Millstone Hill测高仪和GNSS数据以估算顶部电离层电子密度剖面.通过将估算的临界频率、峰值高度、400km以上电子密度分别与测高仪实测临界频率、测高仪实测峰值高度以及非相干散射雷达实测400km以上电子密度作对比以对方法的有效性进行验证.统计结果显示估算临界频率、峰值高度与测高仪实测数据基本一致,400km以上估算电子密度相较于非相干散射雷达实测的绝对误差平均值仅是测高仪推算400km以上电子密度绝对误差平均值的一半左右.所以本文提出的方法可以更加精确地估算顶部电离层电子密度.     

碰撞非相干散射理论谱宏观法和微观法的比较研究

非相干散射理论谱是理解非相干散射雷达探测的理论基础,其求解过程分为微观法和宏观法.在考虑碰撞不考虑磁场的条件下,本文使用这两种方法对理论谱分别进行求解,给出了关键求解过程,并对等离子体的归一化导纳和极化率以及非相干散射的微分散射截面和谱密度函数进行分析,得到了它们各自之间的数学关系,概括性分析了两种方法在理论选择、最终结论及多种因素下求解的异同点.     

电离层电场的半年变化对F2区峰值电子浓度的影响

利用一个电离层理论模式，模拟了太阳活动低年、地磁宁静情况下，中低纬和赤道地区电离层F2区峰值电子浓度(NmF2)的半年变化规律，重点讨论了电离层电场对NmF2半年变化的影响.模拟结果表明，当输入的电场没有周年和半年变化时，磁赤道地区电离层NmF2本身就具有一定的半年变化特征，而在稍高的纬度上，NmF2半年变化的强度较弱.当输入的电场具有一定的半年变化时，电离层NmF2的半年变化强度有明显的改变，且这种改变随地方时和地磁纬度不同有明显的差别.在地磁赤道附近的电离层赤道槽地区，从上午到午夜的时间内，具有半年变化的电场对电离层NmF2半年变化的强度是减弱的作用，在其他的时间内，电场对电离层NmF2半年变化强度是加强的作用.而在稍高纬度的电离层驼峰地区，情况明显不同.从上午一直到翌日日出前，具有半年变化的电场对电离层NmF2半年变化的幅度都是加强的作用.在其他的时间内，电场对电离层NmF2半年变化的幅度是减弱的作用.同时，研究表明电离层电场对NmF2半年变化的作用和“赤道喷泉”现象强烈相关.     

120°E磁赤道上空电离层电子浓度总含量的混沌特性分析及非线性预测初探

本文利用120°E磁赤道上空电离层TEC1996～2004年的观测数据讨论电离层TEC参量的混沌特性，并探讨利用混沌理论对电离层参量进行预报的可能性. 实际计算表明，在指定经纬度的TEC时序数据中存在混沌特性，其关联维数为36092，李雅普诺夫指数为03369. 采用混沌“加权一阶局域法”进行预测较为成功. 对预测误差分析表明，预测点在1～144之间误差相对较小，标准差约为76438 TECU，相关系数约为09172.     

基于双差观测序列曲线拟合实现GPS静态定位基线实时解算

对于ＧＰＳ静态差分定位的实时算法而言,能否实时地解决观测数据的存储、卫星失锁、载波相位周跳、多径效应以及计算速度等问题是保证基线的实时解算和定位成功率的重要因素。本文利用载波相位双差观测时间序列可用直线或高次曲线进行很好拟合的特性,设计了一种静态定位的实时算法,能解决上述实时定位中的特殊问题。     

电离层声重波扰动的高频无线电诊断

为了充分发挥现代数字式电离层探测仪在电离层结构与优动研究中的潜力,必须在传统的频高图真高换算的基础上,发展新的反演理论和算法.本文介绍了随时空缓变的各向异性电离层介质中无线电波包传播的广义射线方程组,讨论了计算波包射线几何路径以及计算波包参数,如频移、波矢、群时延等沿射线路径变化的传播正问题,并详细讨论了根据波包参量的测定值反演介质结构和扰动伏态的传播反问题.文中若干实验实例表明,这种反演理论和算法可用于数字式电离层探测仪记录的分析,它使高频无线电波探测技术成为研究全球电离层声重波一类扰动的有力工具。     

电离层突发E层与太阳活动的相关性

通过对195-1990年3个太阳黑子周期期间不同纬度台站的ES层的临界频率f0ES的观测数据进行统计分析,研究了太阳活动对ES层的强度与出现率的影响,主要结果为:f0ES的年平均值在白天与太阳活动呈强正相关,在夜间呈负相关. 同样,ES的出现率的年变化与太阳活动的关系也是白天呈正相关,夜间呈负相关. 进一步分析表明,上述白天ES层临界频率与太阳活动的正相关性的主要贡献来自于常规E层与太阳活动的强烈相关性. 消除了背景E层电子密度的作用后,ES层的强度在白天与太阳活动呈微弱的正相关,在夜间呈负相关,其相关系数有比较规则的周日变化或半日变化.     

近地空间环境的GNSS无线电掩星探测技术

从GPS/MET计划开始,基于GNSS的无线电掩星技术已成为一种强大的近地空间环境探测手段.截至到目前,已经有20多颗发射的低轨道卫星带GPS掩星接收机,其中COSMIC是首个专门用于掩星探测的卫星星座.这些掩星数据被广泛应用于气象预报、气候与全球变化研究、及空间天气监测和电离层研究.由于COSMIC的成功,相关合作单位目前正积极推动COSMIC-2计划,该计划将总共有12颗卫星,于2016年与2019年各发射6颗.COSMIC-2将携带一个高级的GNSS掩星接收机,它将接受GPS与GLONASS信号,并具备接受其他可获得信号源的能力(如中国北斗定位信号),其每日观测的掩星数量将是COSMIC的4~6倍.同时COSMIC-2还将携带两个空间天气载荷,加强空间天气的监测能力.本文以COSMIC与COSMIC-2计划为主线,对掩星的发展历史、技术要点进行了简单介绍,并简要综述了COSMIC取得的部分科学成果,同时对未来包括技术发展和众多的掩星观测进行了展望.